公路橋梁方案與路基方案的分析與比選

王晉斌

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

1 概述

某路基寬度為26 m的雙向四車道高速公路，在K21+100—K23+668段地處山區，地貌單元內地形起伏變化較大，溝壑縱橫，初步設計階段該路段內設置3座橋梁跨越深溝，分別為K21+455一號中橋：3-25 m連續箱梁橋，橋位處最大填土高度22.9 m，橋位處設計流量為12 m3/s，橋梁設置由地形控制；K22+350一號大橋：6-25 m連續箱梁橋，橋位處最大填土高度30.2 m，橋位處設計流量為9.8 m3/s，橋梁設置由地形控制；K22+613二號大橋：6-25 m連續箱梁橋，橋位處最大填土高度29.6 m，橋位處設計流量為8.7 m3/s，橋梁設置由地形控制。

施工圖設計過程中，此合同段內箱梁考慮集中預制，預制梁場設在K18+615處路基左側，上述3座橋梁，箱梁運距較長，同時原設計運輸便道內新建一座超限檢測站，通過難度較大，且此3座橋梁橋下施工作業面狹窄，吊裝無法展開。若利用架橋機架設，必須等路基土石方工程完成后才能進行，工期延長，業主方對工期又提出了嚴格要求。

為方便施工，縮短工期，經現場調查并進行地質鉆探后，通過調整K21+100—K23+677段路基縱坡，降低橋位處的填土高度，優化取消該路段3座橋梁，設置涵洞后改為路基形式通過，并經過驗算保證去橋后路基穩定性滿足設計規范要求。

2 橋梁改路基后穩定性計算

通過調整局部路段縱坡，K21+455一號中橋最大填方中心高由原22.9 m降至22.4 m（K21+445處），最大邊坡處填高29.34 m（K21+460處），去橋后在K21+445處設置1-4×3.5 m鋼波紋板通道兼排水。

K22+350一號大橋降坡后最大填方中心高由原設計30.2 m降至22.89 m（K22+330處），最大邊坡填高26.4 m（K22+350處），去橋后在K22+310處設置1-4×4 m鋼筋混凝土蓋板通道兼排水。

K22+613二號大橋降坡后最大填方中心高由29.6 m降至21.35 m（K22+603處），最大邊坡填高25.26 m（K22+613處），去橋后在K22+620處設置1-4×4 m鋼筋混凝土拱通道兼排水。

現選取K22+350一號大橋做穩定性分析計算。

2.1 調坡后工程概況

一號大橋原設計大橋范圍為K22+275—K22+425段，此路段位于半山腰和溝中，屬縱、橫向陡坡路段，降坡后最大填方中心高由30.2 m降至22.89 m（K22+330），最大邊坡填高26.4 m（K22+350），地表0～10 m厚為Q2黃土，下為強風化泥巖與砂巖互層，K22+538處巖層產狀290°∠5°，視傾角2.0°。

2.2 高路堤穩定性計算

選用最不利橫斷K22+357處橫斷面作為路堤堤身穩定性的典型計算斷面；選用K22+350處橫斷面作為路堤沿斜坡地基穩定性的典型計算斷面。利用理正巖土計算軟件，采用簡化Bishop法和不平衡推力法進行分析計算。根據《公路路基設計規范》表3.6.11高路堤與陡坡路堤穩定安全系數表中規定[1]，路堤堤身穩定性、路堤和地基的整體穩定性采用簡化Bishop法，正常工況下安全系數取1.35，非正常工況I取1.25；路堤沿斜坡地基的穩定性采用不平衡推力法，正常工況下安全系數取1.30，非正常工況I取1.20。

2.2.1 路堤堤身穩定性驗算

路基段設計方案：填方邊坡0～8 m，坡率采用1∶1.5；8～20 m，坡率采用1∶1.75；大于20 m時每10 m設一級2 m寬平臺，坡率采用1∶2.0。

根據一號大橋地質鉆孔的試驗資料及類似填料的經驗參數，采用簡化Bishop法搜索最危險滑動面，計算安全系數。計算簡圖見圖1，計算結果見表1。

圖1 堤身穩定性驗算計算簡圖

表1 路堤堤身穩定性計算結果匯總表

2.2.2 路堤沿斜坡地基穩定性驗算

根據類似填料的經驗參數，采用不平衡推力法，分別計算不同工況下的剩余下滑力，若剩余下滑力小于0，則邊坡穩定安全系數大于1.30（1.20）。計算簡圖見圖2，計算結果見表2。

圖2 路堤沿斜坡3穩定性驗算簡圖

表2 路堤沿斜坡地基穩定性計算結果匯總表

驗算結果表明，二號大橋橋改路堤后，如果填料的快剪力學性質可以滿足計算所取用的參數，穩定性可以滿足規范要求。

2.3 工程措施

a）通過選取典型斷面和經驗參數對橋改路后的路堤進行穩定性驗算，填料正常工況：γ=18.6 kN/m3、C=35 kPa、φ=23°；非正常工況I：γ=19.8 kN/m3、C=30 kPa、φ=21°。滑動面正常工況：γ=18.6 kN/m3、C=12 kPa、φ=20°；非正常工況I：γ=19.8 kN/m3、C=10 kPa、φ=19°。路堤的穩定性均滿足規范要求。

b）路基位于溝谷縱橫向陡坡路段，由于該段高填路基局部地表覆蓋1.0 m厚Q2dl土層,為了保證路基的穩定性，需將該覆蓋層清除后碾壓密實，然后再開挖臺階填筑路基。

c）地面橫坡陡為1∶5時，原地面開挖2～4 m寬的臺階，臺階底應有4%向內傾斜的坡度，其中K22+350—K22+390段陡坡開挖4 m寬臺階，其他段落開挖2 m臺階。

d）對地表為黃土的路堤清表后進行強夯，為保證路基壓實度及減少工后沉降，對于填土高度大于20 m的路基范圍，每填筑6 m強夯一次[2]，同時要求高填土范圍內的壓實度在規范要求的基礎上增加1%。

e）在K22+350—K22+390段右側坡腳設3 m高M7.5水泥砂漿砌MU30片石護腳；路堤坡面采用拱形骨架+植草防護；路塹坡面采用2 m護面墻+植草防護。

f）需增加平臺排水溝、填方路基邊坡急流槽、邊溝急流槽、攔水帶、邊溝、盲溝及過水槽等相應的排水設計。

3 路基與橋梁費用對比分析

改路基后造價對比見表3。由表3可以看出，采用路基方案比采用橋梁方案的建安費節省約1 578萬元，路基方案需增加永久占地約23畝以及拆遷一些附屬的建筑物，但可以大大加快施工進度，減短施工周期。綜合比選，采用路基方案優于橋梁方案。

表3 橋梁與路基費用對比表

4 結語

通過本文在設計過程中的以路基替代橋梁為例，對采用路基方案后的最不利斷面進行了計算與分析，并通過一定的工程措施保證了高填路基的穩定性。綜合考慮多種因素，采用路基方案更為合理。通過本文的對比可知，在地基相對穩定及不占用基本農田的情況下，公路建設過程中采用路基方案會更具優勢并節約造價。